Étude fondamentale des interactions plasma-graphène dans les plasmas Argon/B2H6
Les travaux de recherche menés dans cette thèse de doctorat se focalisent sur la physique des interactions plasma-graphène pour des films de graphène polycristallin exposés à un plasma RF d’argon à basse pression pouvant contenant du diborane (B2H6). Une attention particulière est portée sur la cinétique de formation de dommage. Ainsi, dans le cas d’un plasma d’argon en régime continu, l’absence de seuil en énergie pour la production de dommage par bombardement ionique est mise en évidence. Ceci s’explique par une gravure à deux étapes, facilitée par la densité ionique élevée caractéristique des plasmas RF opérés en mode H. La caractérisation Raman des échantillons exposés au plasma d’argon montre une large distribution sur la petite zone sondée. Afin de relier ces fluctuations à l’état initial du graphène, l’imagerie Raman (RIMA) est adaptée dans le but d’extraire des données quantitatives sur l’état du graphène avant et après traitement par plasma. Par la suite, l’étude temporelle des plasmas RF d’argon en régime pulsé permet de trouver des conditions opératoires avec une fluence ionique drastiquement diminuée par rapport au régime continu, ce qui permet, en combinaison avec les analyses RIMA, des études résolues temporellement et spatialement de l’interaction plasma-graphène. Ainsi, pour la première fois, l’autoréparation préférentielle des dommages d’irradiation ionique aux joints de grains des films de graphène est mise en évidence expérimentalement. De plus, en ayant recours à plusieurs diagnostics électriques et optiques du plasma d’argon en régime pulsé, il est possible de déterminer des conditions opératoires dans lesquelles soit les ions, soit les métastables ou soit les photons VUV émis par les états résonants deviennent les principaux vecteurs d’énergie. De ces expériences, il devient possible de mettre en lumière les rôles respectifs de chacune de ces espèces dans la physique des interactions plasma-graphène. Enfin, l’introduction de 5% de diborane dans le plasma d’argon induit une modification radicale des propriétés physicochimiques du plasma. L’exposition de graphène à ce plasma démontre une incorporation élevée de bore avec un minimum de dommages liés aux ions et à l’hydrogène.
Mot clés : interactions plasma-surface, graphène polycristallin, effets de synergie, autoréparation aux joins de grains
